Kerzenstärke

Definition und historischer Kontext

Kerzenstärke war einst die wichtigste Einheit zur Messung der Lichtstärke – also der Lichtmenge, die eine Quelle in eine bestimmte Richtung abstrahlt. Sie entstand im 19. Jahrhundert, als der einzige praktikable Vergleichsmaßstab für die Helligkeit von Lampen, Gaslichtern oder frühen Glühlampen die Lichtabgabe einer „Normkerze“ war.

Allerdings bedeutete „Normkerze“ in verschiedenen Ländern Unterschiedliches:

• In Großbritannien war die englische Kerze eine reine Spermaceetikerze mit festgelegtem Gewicht und Abbrand.
• In Deutschland wurde die Hefnerkerze, basierend auf Amylacetatlampen, verwendet.
• Frankreich nutzte die Carcel-Lampe, die Rüböl mit einer definierten Rate verbrannte.

Diese Variabilität bedeutete, dass „Kerzenstärke“ nie wirklich eine universelle oder wissenschaftlich verlässliche Einheit war. Mit der Globalisierung von Wissenschaft und Industrie entstand der Bedarf nach einem international anerkannten, reproduzierbaren Standard, was zur Einführung der Candela als SI-Einheit der Lichtstärke im Jahr 1948 führte – ursprünglich definiert durch einen Schwarzen Strahler und später auf die heutige, physikalisch basierte Definition präzisiert.

Technische Gleichwertigkeit: Kerzenstärke und Candela

Die Candela (cd) ist heute die offizielle SI-Einheit für Lichtstärke. Ihre Definition lautet:

Die Lichtstärke in einer gegebenen Richtung einer Strahlungsquelle, die monochromatische Strahlung der Frequenz 540 × 10¹² Hertz mit einer Strahlungsstärke von 1/683 Watt pro Steradiant aussendet.

Umrechnung:
1 Kerzenstärke ≈ 0,981 Candela.

Diese Umrechnung ist wichtig, um ältere Daten zu interpretieren und die Einhaltung moderner Beleuchtungsstandards zu gewährleisten.

Was misst die Lichtstärke?

Lichtstärke beschreibt die Menge sichtbaren Lichts, die eine Quelle in eine bestimmte Richtung pro Raumwinkel (Steradiant) abstrahlt, gemessen in Candela. Es handelt sich nicht um die gesamte Lichtmenge (diese wird in Lumen gemessen), sondern um die gerichtete „Helligkeit“, wie sie das menschliche Auge wahrnimmt – ein entscheidendes Maß in der Luftfahrt-, Automobil- und Architekturbeleuchtung.

Formel:
Lichtstärke (I) = dΦ / dΩ
Wobei:

• dΦ = differentielle Lichtstrom (Lumen)
• dΩ = differentieller Raumwinkel (Steradiant)

1 Candela = 1 Lumen pro Steradiant.

Historische Anwendungen und Einschränkungen der Kerzenstärke

Anwendungen

• Leuchttürme: Kerzenstärkewerte (z. B. „1.000.000 Kerzenstärke“) gaben an, wie weit ein Leuchtfeuer auf See sichtbar war.
• Fahrzeugscheinwerfer: Frühe Scheinwerfer wurden nach Kerzenstärke reguliert und beworben.
• Luftfahrt: Frühe Flughafen- und Anflugbefeuerungen wurden oft in Kerzenstärke angegeben.
• Öffentliche und Straßenbeleuchtung: Straßenlampen und Flutlichter wurden in Kerzenstärke beschrieben.

Messunsicherheiten

Die Messung der Kerzenstärke war von Natur aus ungenau:

• Die Lichtabgabe „genormter“ Kerzen variierte je nach Brennstoff, Dochtlänge und Umgebung.
• Kein nationaler Standard war exakt identisch, was zu Verwirrung im internationalen Handel und bei Sicherheitsnormen führte.
• Messmethoden mit Photometern verglichen Prüflampen mit Kerzen, waren aber anfällig für menschliche Fehler und physikalische Schwankungen.

Diese Probleme führten zu erheblichen Fehlern und inkonsistenten Ergebnissen und motivierten die Einführung der Candela.

Die Candela: Moderne SI-Einheit

Die Candela ist präzise definiert und reproduzierbar, basierend auf fundamentalen Eigenschaften des Lichts und der menschlichen Wahrnehmung:

• Definition: Lichtstärke in eine gegebene Richtung einer Quelle, die monochromatische Strahlung von 540 × 10¹² Hertz mit einer Strahlungsstärke von 1/683 Watt pro Steradiant aussendet.
• Vorteile: Konsistenz, internationale Anerkennung, geeignet für präzise photometrische Instrumente.
• Anwendungen: Alle modernen Beleuchtungsnormen (Luftfahrt, Automobil, Architektur, Sicherheit) schreiben die Lichtstärke in Candela vor.

Verwandte photometrische Einheiten: Überblick und Vergleich

Praxisbeispiele: Kerzenstärke vs. Candela

• Taschenlampe:

  • Historisch: „20.000 Kerzenstärke“
  • Modern: 19.620 Candela (20.000 × 0,981)

• Autoscheinwerfer:

  • Historisch: „50.000 Kerzenstärke“
  • Modern: 49.050 Candela

• Leuchtturm:

  • Historisch: „1.000.000 Kerzenstärke“
  • Modern: 981.000 Candela

Verwenden Sie diese Umrechnungen bei der Interpretation älterer oder werbender Angaben.

Anwendungsfälle: Damals und heute

Historisch (Kerzenstärke):

• Leuchttürme, Straßenbeleuchtung, frühe Auto-/Flugzeugsignale, Theater-/Film-Scheinwerfer.

Modern (Candela):

• Alle regulierten Beleuchtungen: LED, Autoscheinwerfer, Flugfeldbefeuerung (ICAO), Architekturbeleuchtung, Sicherheits-/Notbeleuchtung.

ICAO-Luftfahrtbeispiel:
ICAO Annex 14 schreibt Mindest-Candela-Werte für Pisten- und Anflugbefeuerungen vor (z. B. 10.000 cd für Hochintensitäts-Pistenrandfeuer), um Sichtbarkeit und Sicherheit für Piloten bei allen Bedingungen zu gewährleisten.

Warum die Kerzenstärke obsolet ist

• Variabilität: Die Abhängigkeit von physischen Kerzen führte zu Messungenauigkeiten.
• Internationale Standardisierung: Die Candela, basierend auf physikalischen Konstanten, bietet weltweite Genauigkeit.
• Technischer Fortschritt: Moderne Photometrie nutzt präzise, kalibrierte Instrumente.
• Rechtliche und regulatorische Vorgaben: Alle wichtigen Normen (ISO, CIE, ICAO) verlangen die Candela.

Historische Verweise: Wo die Kerzenstärke noch auftaucht

• Historische Dokumente: Handbücher, Zeichnungen und Literatur aus dem 19. und frühen 20. Jahrhundert.
• Werbematerialien: Manche Taschenlampen- und Scheinwerferprodukte verwenden „Kerzenstärke“ aus Gründen der Vertrautheit.
• Sammler-/Hobbydiskussionen: Vintage-Beleuchtung wird häufig in Kerzenstärke angegeben.

Achtung: Für technische Anwendungen und Normkonformität immer in Candela umrechnen.

Luftfahrt und ICAO-Standards für Lichtstärke

Die Lichtstärke ist für die Flugsicherheit, besonders bei schlechter Sicht, entscheidend. ICAO Annex 14 gibt Mindestwerte in Candela für sämtliche Flugplatzbeleuchtung vor:

Alle Werte in Candela, gemäß ICAO- und CIE-Standards.

Übersichtstabelle: Wichtige Unterschiede

Quellen

• Internationale Beleuchtungskommission (CIE)
• Internationale Organisation für Normung (ISO)
• Internationale Zivilluftfahrtorganisation (ICAO) Annex 14
• CGPM (Allgemeine Konferenz für Maß und Gewicht) SI-Broschüre
• Historische Dokumente zu Normkerzen und Photometrie

Die Kerzenstärke ist ein wichtiger historischer Begriff zum Verständnis der Entwicklung der Lichtmessung, aber für alle modernen, wissenschaftlichen und regulatorischen Zwecke sollte ausschließlich die Candela verwendet werden.